Új energiahordozó-töltőmodul-ipar fejlesztési lehetőség trendje

1. A töltőmodul-ipar fejlődésének áttekintése

A töltőmodulok az új energiahordozókkal működő járművek DC töltőoszlopainak központi elemét alkotják. Ahogy Kínában folyamatosan növekszik az új energiahordozókkal működő járművek elterjedése és a tulajdonosok száma, úgy nő a töltőoszlopok iránti kereslet is. Az új energiahordozókkal működő járművek töltését AC lassú töltésre és DC gyors töltésre osztják. Az DC gyorstöltés nagyfeszültségű, nagy teljesítményű és gyors töltési jellemzőkkel bír. Ahogy a piac a töltési hatékonyságra törekszik, a DC gyors töltőoszlopok és töltőmodulok piaci mérete folyamatosan bővül.

2. Az elektromosjármű-töltőmodul-iparág műszaki szintje és jellemzői

Az új energiahordozó-töltő modul iparág jelenleg olyan műszaki jellemzőkkel rendelkezik, mint az egymodulos nagy teljesítmény, a nagy frekvencia, a miniatürizálás, a magas konverziós hatékonyság és a széles feszültségtartomány.

Az egymodulos teljesítmény tekintetében az új energiatakarékos töltőmodul-iparág 2014-ben 7,5 kW-os, 2015-ben 20 A-es és 15 kW-os állandó áramerősségű, 2016-ban pedig 25 A-es és 15 kW-os állandó teljesítményű termékeket fejlesztett ki. A jelenlegi fő alkalmazású töltőmodulok 20 kW-os és 30 kW-osak. Egymodulos megoldások és átalakítás 40 kW-os új energiatakarékos töltőoszlop-tápegységre, egymodulos megoldásokra. A nagy teljesítményű töltőmodulok a jövőbeni piaci fejlődési trenddé váltak.

A kimeneti feszültség tekintetében az Állami Hálózat kiadta az „Elektromos Jármű Töltőberendezések Beszállítóinak Minősítési és Képesség-ellenőrzési Szabványai” 2017-es verzióját, amely kimondja, hogy az egyenáramú töltők kimeneti feszültségtartománya 200-750V, és az állandó tápfeszültség legalább a 400-500V és a 600-750V tartományt lefedi. Ezért minden modulgyártó általában 200-750V-ra tervezi a modulokat, és megfelel az állandó teljesítménykövetelményeknek. Az elektromos járművek hatótávolságának növekedésével és az új energiahordozó-felhasználók töltési idő csökkentésére irányuló igényével az iparág egy 800V-os szupergyors töltési architektúrát javasolt, és egyes vállalatok felismerték a 200-1000V széles kimeneti feszültségtartományú egyenáramú töltőoszlop-töltőmodulok kínálatát.

A töltőmodulok nagyfrekvenciás és miniatürizálása tekintetében az új energiafelhasználású töltőoszlop-tápegységek egygépes moduljainak teljesítménye megnőtt, de a térfogata nem bővíthető arányosan. Ezért a kapcsolási frekvencia növelése és a mágneses alkatrészek integrálása fontos eszközzé vált a teljesítménysűrűség növelésében.

A töltőmodulok hatékonyságát tekintve az új energiafelhasználású töltőmodul-iparban működő nagyobb vállalatok általában 95–96%-os maximális csúcshatékonysággal rendelkeznek. A jövőben az elektronikus alkatrészek, például a harmadik generációs energiaellátó eszközök fejlesztésével és a 800 V-os vagy akár magasabb feszültségű elektromos járművek elterjedésével egy nagyfeszültségű platformmal az iparág várhatóan több mint 98%-os csúcshatékonyságú termékeket fog bevezetni.

A töltőmodulok teljesítménysűrűségének növekedésével a hőelvezetés is egyre nagyobb problémákat okoz. A töltőmodulok hőelvezetése tekintetében az iparágban jelenleg a fő hőelvezetési módszer a kényszerített levegőhűtés, de léteznek olyan módszerek is, mint a zárt hideglevegő-csatornák és a vízhűtés. A léghűtés előnye az alacsony költség és az egyszerű szerkezet. Azonban a hőelvezetési nyomás további növekedésével a léghűtés korlátozott hőelvezetési kapacitásának és a magas zajszintnek a hátrányai még nyilvánvalóbbá válnak. A töltőmodul és a pisztolyvezeték folyadékhűtéssel való felszerelése a fő megoldássá vált. Műszaki irány.

3. A technológiai fejlődés felgyorsítja az új energiaipari ágazatok térhódításának lehetőségeit

Az elmúlt években az új energiaipari technológiák folyamatosan fejlődtek és áttörést értek el, és a penetrációs ráta növekedése elősegítette az upstream töltőmodul-ipar folyamatos fejlődését. Az akkumulátorok energiasűrűségének jelentős növekedése megoldotta az új energiahordozók elégtelen hatótávolságának problémáját, és a nagy teljesítményű töltőmodulok alkalmazása jelentősen lerövidítette a töltési időt, ezáltal felgyorsítva az új energiahordozók elterjedését és a támogató töltőoszlopok építését. A jövőben az olyan technológiák integrációja és mélyülő alkalmazása, mint az optikai tárolás és a töltésintegráció, valamint a V2G járműhálózati integráció, várhatóan tovább gyorsítja az új energiaipari ágazatok elterjedését és a fogyasztás népszerűsítését.

4. Iparági versenyhelyzet: A töltőmodul-ipar teljes mértékben versenyképes, és a termékpiac nagy.

A töltőmodul az egyenáramú töltőoszlopok központi eleme. Az új energiahordozók világszerte történő elterjedésével a fogyasztók egyre inkább aggódnak a töltési hatótávolság és a töltés kényelme miatt. Az egyenáramú gyorstöltő töltőoszlopok iránti piaci kereslet robbanásszerűen megnőtt, és a hazai töltőoszlop-üzemeltetési piac a kezdeti időkben a State Grid volt a diverzifikált fejlődés fő mozgatórugója. Számos társadalmi tőke üzemeltetője jelent meg gyorsan, akik mind töltőoszlop-berendezések gyártásával, mind üzemeltetésével foglalkoztak. A hazai töltőmodul-gyártók továbbra is bővítették termelési és értékesítési skálájukat a tartó töltőoszlopok építése terén, és átfogó versenyképességük tovább erősödött.

Jelenleg, a töltőmodulok évekig tartó termék-iterációja és fejlesztése után az iparági verseny elegendő. A mainstream termékek a nagyfeszültség és a nagy teljesítménysűrűség irányába fejlődnek, és a termékpiac nagy. Az iparági vállalatok főként a terméktopológia, a vezérlőalgoritmusok folyamatos fejlesztésével, a hardver és a termelési rendszerek optimalizálásával stb. érnek el magasabb piaci részesedést és profitszintet.

5. Az elektromosjármű-töltőmodulok fejlesztési trendjei

Ahogy a töltőmodulok iránti hatalmas piaci kereslet mutatkozik, a technológia folyamatosan fejlődik a nagy teljesítménysűrűség, a széles feszültségtartomány és a magas konverziós hatékonyság felé.

1) Politikavezérelt elmozdulás a keresletvezéreltre

Az új energiahordozók fejlesztésének támogatása és előmozdítása érdekében a töltőoszlopok építését a korai szakaszban főként a kormány irányította, és fokozatosan, szakpolitikai támogatással az iparág fejlődését egy endogén hajtási modell felé terelte. 2021 óta az új energiahordozók gyors fejlődése hatalmas igényeket támaszt a támogató létesítmények és a töltőoszlopok építésével szemben. A töltőoszlop-ipar befejezi az átalakulást a szakpolitikailag vezéreltről a keresletvezéreltre.

Az új energiahordozók számának növekedésével szembesülve, a töltőoszlopok elrendezésének sűrűségének növelése mellett a töltési időt is tovább kell rövidíteni. Az egyenáramú töltőoszlopok gyorsabb töltési sebességgel és rövidebb töltési idővel rendelkeznek, ami jobban megfelel az elektromos járművek felhasználóinak ideiglenes és vészhelyzeti töltési igényeinek, és hatékonyan megoldhatja az elektromos járművek hatótávolságával és a töltési szorongással kapcsolatos problémákat. Ezért az elmúlt években az újonnan épített töltőoszlopokban, különösen a nyilvános töltőoszlopokban, a DC gyorstöltés piaci mérete gyorsan növekedett, és Kína számos fővárosában mainstream trenddé vált.

Összefoglalva, egyrészt, mivel az új energiafelhasználású járművek száma folyamatosan növekszik, a töltőoszlopok tartószerkezetét folyamatosan fejleszteni kell. Másrészt az elektromos járművek használói általában az egyenáramú gyorstöltést részesítik előnyben. Az egyenáramú töltőoszlopok a mainstream trenddé váltak, és a töltőmodulok iránt is megjelent a kereslet. Ez egy olyan fejlődési szakasz, amelyben a húzóerő a fő hajtóerő.

(2) Nagy teljesítménysűrűség, széles feszültségtartomány, magas konverziós hatásfok

Az úgynevezett gyorstöltés nagy töltési teljesítményt jelent. Ezért a gyorstöltés iránti növekvő igény miatt a töltőmodulok folyamatosan fejlődnek a nagy teljesítmény irányába. A töltőoszlop nagy teljesítményét kétféleképpen érik el. Az egyik a több töltőmodul párhuzamos összekapcsolása a teljesítmény-szuperpozíció elérése érdekében; a másik a töltőmodul egyetlen teljesítményének növelése. A teljesítménysűrűség növelésének, a helycsökkentésnek és az elektromos architektúra bonyolultságának csökkentésének műszaki igényei alapján egyetlen töltőmodul teljesítményének növelése hosszú távú fejlesztési trend. Hazánk töltőmoduljai három generációs fejlesztésen mentek keresztül, az első generációs 7,5 kW-tól a második generációs 15/20 kW-ig, és most a második generációról a harmadik generációs 30/40 kW-ra való átállási időszakban vannak. A nagy teljesítményű töltőmodulok a piac főáramává váltak. Ugyanakkor a miniatürizálás tervezési elve alapján a töltőmodulok teljesítménysűrűsége is egyidejűleg nőtt a teljesítményszint növekedésével.

Kétféleképpen lehet elérni a nagyobb teljesítményű egyenáramú gyorstöltést: a feszültség növelésével és az áram növelésével. A nagyáramú töltési megoldást először a Tesla alkalmazta. Az előnye, hogy az alkatrészek optimalizálásának költsége alacsonyabb, de a nagy áram nagyobb hőveszteséggel és magas hőelvezetési követelményekkel jár, a vastagabb vezetékek pedig kisebb mértékben csökkentik a kényelmet és elősegítik a töltést. A nagyfeszültségű megoldás a töltőmodul maximális üzemi feszültségének növelését jelenti. Jelenleg ez egy általánosan használt modell az autógyártók körében. Figyelembe veheti az energiafogyasztás csökkentésének, az akkumulátor élettartamának javításának, a súlycsökkentésnek és a helytakarékosságnak az előnyeit. A nagyfeszültségű megoldás megköveteli, hogy az elektromos járműveket nagyfeszültségű platformmal szereljék fel a gyorstöltési alkalmazások támogatásához. Jelenleg az autógyártók által általánosan használt gyorstöltési megoldás a 400 V-os nagyfeszültségű platform. A 800 V-os feszültségplatform kutatásával és alkalmazásával a töltőmodul feszültségszintje tovább javulhat.

A konverziós hatásfok javítása egy olyan technikai mutató, amelyet a töltőmodulok mindig is követtek. A konverziós hatásfok javítása magasabb töltési hatásfokot és alacsonyabb veszteségeket jelent. Jelenleg a töltőmodulok maximális csúcshatásfoka általában 95%~96%. A jövőben az elektronikus alkatrészek, például a harmadik generációs tápegységek fejlődésével és a töltőmodulok kimeneti feszültségének 800V vagy akár 1000V felé haladásával a konverziós hatásfok tovább javulni fog.

(3) Az elektromosjármű-töltőmodulok értéke növekszik

A töltőmodul az egyenáramú töltőoszlop központi eleme, amely a töltőoszlop hardverköltségének körülbelül 50%-át teszi ki. A töltési hatékonyság jövőbeli javulása főként a töltőmodulok teljesítményének javulásától függ. Egyrészt a párhuzamosan csatlakoztatott több töltőmodul közvetlenül növeli a töltőmodul értékét; másrészt az egyetlen töltőmodul teljesítményszintjének és teljesítménysűrűségének javulása a hardver áramkörök és a vezérlőszoftverek optimalizált tervezésétől, valamint a kulcsfontosságú alkatrészek technológiájától függ. Áttörések, ezek kulcsfontosságú technológiák a teljes töltőoszlop teljesítményének javításához, ami tovább növeli a töltőmodul értékét.

6. Technikai akadályok az elektromos járművek töltőmodul-iparában

A tápegység-technológia egy interdiszciplináris terület, amely integrálja az áramköri topológia technológiát, a digitális technológiát, a mágneses technológiát, az alkatrész technológiát, a félvezető technológiát és a hőtervezési technológiát. Ez egy technológia-intenzív iparág. Az egyenáramú töltőoszlop szíveként a töltőmodul közvetlenül meghatározza a töltési hatékonyságot, a működési stabilitást, a biztonságot és a megbízhatóságot, jelentősége és értéke kiemelkedő. Egy termék előállításához nagy erőforrás- és szakemberbefektetés szükséges a technológiai kutatástól és fejlesztéstől a terminálalkalmazásokig. Az elektronikus alkatrészek és elrendezés kiválasztása, a szoftveralgoritmusok frissítése és iterációja, az alkalmazási forgatókönyvek pontos megértése, valamint az érett minőségellenőrzési és tesztelési platform képességei mind hatással vannak a termék minőségére és stabilitására. Az iparág új belépőinek nehéz rövid idő alatt különféle technológiákra, személyzetre és alkalmazási forgatókönyvekre vonatkozó adatokat gyűjteniük, és magas technikai akadályokkal kell szembenézniük.